如何優(yōu)化BIM在機(jī)電工程中的應(yīng)用流程

趙利彬

摘要：本文通過(guò)分析當(dāng)前BIM在機(jī)電工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，構(gòu)建了適用于機(jī)電管線綜合排布的模型標(biāo)準(zhǔn)框架，進(jìn)而設(shè)計(jì)基于BIM的機(jī)電工程設(shè)計(jì)-施工的應(yīng)用流程。

關(guān)鍵詞：機(jī)電工程;BIM;標(biāo)準(zhǔn)框架;應(yīng)用流程

1 BIM在機(jī)電工程中的研究現(xiàn)狀及分析

隨著B(niǎo)IM技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，基于BIM的管線綜合排布得到了快速發(fā)展，尤其是在管線復(fù)雜的大型項(xiàng)目中，效果顯著。梁永平認(rèn)為，機(jī)電安裝工程的施工重點(diǎn)難點(diǎn)在于解決管線安裝空間與管道施工的沖突問(wèn)題，綜合排布設(shè)計(jì)利用BIM技術(shù)構(gòu)建出建筑與機(jī)電專(zhuān)業(yè)模型，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制的全面性與協(xié)調(diào)性優(yōu)化目標(biāo)?？梢?jiàn)通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合排布及深化已成為解決機(jī)電管線排布的有效工具，但是應(yīng)用主要集中于BIM工具軟件的碰撞檢查功能，過(guò)于追求管線零碰撞，而對(duì)碰撞原因缺少歸納，導(dǎo)致BIM模型對(duì)施工的指導(dǎo)性下降。紀(jì)凡榮等指出基于BIM的管線綜合需考慮施工空間及工作面問(wèn)題?？梢?jiàn)，基于BIM的機(jī)電工程需要從設(shè)計(jì)階段延續(xù)至施工階段，設(shè)計(jì)階段需要考慮機(jī)電專(zhuān)業(yè)內(nèi)及與建筑、結(jié)構(gòu)等專(zhuān)業(yè)的協(xié)同凈空條件和主要管線碰撞問(wèn)題，而在施工階段則要考慮在不影響施工和檢修的情況下，充分細(xì)化管線布局最大程度地節(jié)約空間，這需要對(duì)BIM技術(shù)在機(jī)電工程中的標(biāo)準(zhǔn)和流程優(yōu)化方面進(jìn)行歸納和統(tǒng)一。為達(dá)到BIM優(yōu)化的目標(biāo)，需要在設(shè)計(jì)、施工兩個(gè)階段加強(qiáng)迭代凈空分析、碰撞檢查、管線排布等功能。綜上所述，BIM技術(shù)在機(jī)電工程的應(yīng)用需加強(qiáng)凈空分析方面功能，而構(gòu)建面向機(jī)電工程的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是BIM技術(shù)在機(jī)電工程進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。

2 面向機(jī)電工程的BIM模型標(biāo)準(zhǔn)框架構(gòu)建

機(jī)電工程的BIM模型開(kāi)始于設(shè)計(jì)階段，深化于施工準(zhǔn)備期間，由于機(jī)電工程信息在項(xiàng)目前期無(wú)法達(dá)到完整交付的要求，因此，在滿足機(jī)電設(shè)計(jì)與施工需求的前提下，機(jī)電工程BIM模型交付內(nèi)容應(yīng)遵循模型對(duì)象的范圍適度、細(xì)度適度和信息適度。設(shè)計(jì)階段模型交付標(biāo)準(zhǔn)建立在設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)明確土建專(zhuān)業(yè)與機(jī)電專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍建立BIM模型，考慮預(yù)留洞口、吊頂厚度、墻、梁、門(mén)窗、設(shè)備基礎(chǔ)、防火卷簾、擋煙垂壁等因素。然后交付施工方，施工方根據(jù)BIM模型的深度及細(xì)度有所不同，按照持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行迭代。在施工階段，首先按照標(biāo)準(zhǔn)核查設(shè)計(jì)交付模型，然后按照施工標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BIM模型進(jìn)一步深化，考慮施工空間、維修空間、吊桿、末端尺寸、小尺寸管道等因素，最終獲得最優(yōu)的全因素全方位的BIM施工模型，為機(jī)電管線施工提供支持。在兩個(gè)階段，由于設(shè)計(jì)方與施工方獲取信息途徑及成本不同，因此BIM模型的信息范圍及精度在兩個(gè)階段需有所區(qū)別。在設(shè)計(jì)階段，BIM模型的建立首先需滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，然后需要滿足建筑使用空間，明確不同區(qū)域的凈空要求和公共走廊的寬度及梁底高度、吊頂高度。除此之外，由于管線穿墻的預(yù)留孔洞及套管預(yù)埋等工作是在主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中實(shí)施，但機(jī)電設(shè)備及管線的安裝工作需要在主體結(jié)構(gòu)完成后實(shí)施，因此結(jié)構(gòu)洞口尺寸需在設(shè)計(jì)階段模型中輸入。因?yàn)槟┒瞬贾眯枰獏⒖佳b修設(shè)計(jì)、采購(gòu)進(jìn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)，而在設(shè)計(jì)階段甚至施工前期都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而這些內(nèi)容涵蓋在施工階段的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3 基于BIM的機(jī)電工程應(yīng)用流程優(yōu)化

3.1 面向機(jī)電工程的BIM應(yīng)用原則

（1）設(shè)計(jì)-施工管線排布迭代：基于BIM的綜合管線排布貫穿設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)階段，在符合一定精細(xì)度的模型進(jìn)行迭代檢查和調(diào)整。（2）凈空分析最不利原則：在一定區(qū)域和范圍內(nèi)，將凈空最不利點(diǎn)作為對(duì)比點(diǎn)，一旦不符合凈空要求，則以該點(diǎn)所在的一定區(qū)域作為不合格區(qū)域。（3）管線修改原則：按照小管讓大管、有壓管讓無(wú)壓管、冷水管讓熱水管、易施工的避讓施工難度大、臨時(shí)管讓永久管、電氣在上水管在下的基本修改原則。（4）增加軟空間：增加施工空間、維修空間、吊頂厚度以及共用支架尺寸。

3.2 凈空漫游運(yùn)算

由于符合要求的凈空是碰撞檢查的前提，因此增加凈空漫游運(yùn)算以識(shí)別模型中的阻礙因素，包括管線、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、建筑構(gòu)件。如以下公式所示，通過(guò)自動(dòng)提取模型中的構(gòu)件參數(shù)（包括H、h1、h2、h3、K1……n），通過(guò)輸入吊頂要求高度、設(shè)備運(yùn)輸高度等參數(shù)，按照初步運(yùn)算-凈空調(diào)整二次運(yùn)算-管線綜合排布-過(guò)程運(yùn)算的邏輯，對(duì)管線綜合排布進(jìn)行凈空漫游運(yùn)算計(jì)算以獲得結(jié)果，輔助設(shè)計(jì)完成綜合管線排布的優(yōu)化。初步運(yùn)算、凈空調(diào)整兩個(gè)步驟在設(shè)計(jì)階段完成，輸出預(yù)留洞口、管線尺寸等數(shù)據(jù)，其余步驟則在施工階段實(shí)施完成。S=H-h1-h2-h3-K1-K2-……Kn≤S0式中，S：管線凈空高度;S0：吊頂要求高度;H：板頂高程;h1：首次綜合管線厚度;h2：地面完成高程;h3：MAX{結(jié)構(gòu)梁高度};K1：MAX{施工空間，維修空間};K2：吊頂厚度;Kn：其他構(gòu)件高度。凈空漫游運(yùn)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是模型構(gòu)件參數(shù)及二階參數(shù)，包括管線尺寸、結(jié)構(gòu)梁尺寸，二階參數(shù)如基于管線尺寸及間距形成的綜合管線厚度;第二類(lèi)是凈空分析要求參數(shù)，如吊頂高度要求、運(yùn)輸路徑高度要求、施工空間、維修空間;系統(tǒng)自動(dòng)獲取第一類(lèi)參數(shù)，并通過(guò)輸入第二類(lèi)參數(shù)，計(jì)算模型管線凈空高度是否與吊頂要求高度相符，進(jìn)而識(shí)別不符合凈空要求的區(qū)域。

3.3 基于BIM的機(jī)電工程設(shè)計(jì)-施工應(yīng)用流程構(gòu)建

在設(shè)計(jì)階段，按照設(shè)計(jì)階段模型標(biāo)準(zhǔn)及范圍建立BIM設(shè)計(jì)模型，并對(duì)模型范圍和精度進(jìn)行審核。系統(tǒng)在以上原則和凈空漫游運(yùn)算的基礎(chǔ)上，首先通過(guò)凈空漫游運(yùn)算識(shí)別BIM設(shè)計(jì)模型中凈空不足區(qū)域并顯示，設(shè)計(jì)方按照處理策略處理顯示區(qū)域范圍內(nèi)的凈空問(wèn)題。在有效的凈空前提下，初步排布管線并進(jìn)行碰撞檢查，高效的解決管線間的碰撞問(wèn)題。系統(tǒng)最終生成包含預(yù)留洞口位置及尺寸的交付模型至施工階段，保證BIM設(shè)計(jì)交付模型的合理性和可指導(dǎo)性。在施工階段，施工方按照施工階段模型標(biāo)準(zhǔn)及范圍進(jìn)一步深化BIM模型，通過(guò)核實(shí)預(yù)留洞口、設(shè)備末端構(gòu)件實(shí)際參數(shù)，細(xì)微調(diào)整管線排布。將施工空間、維修空間等凈空要求參數(shù)輸入系統(tǒng)，再一次實(shí)施碰撞檢查，最終建立BIM施工模型。最后通過(guò)施工模擬，識(shí)別出設(shè)備暗轉(zhuǎn)、運(yùn)輸空間沖突的位置，提前進(jìn)行處理，保證機(jī)電工程施工安排的流暢。

4 結(jié) 論

BIM技術(shù)可以在設(shè)計(jì)、施工等階段提高機(jī)電工程的技術(shù)能力，尤其在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、管線綜合排布質(zhì)量等方面，已得到了廣泛的認(rèn)可。本文對(duì)BIM技術(shù)在機(jī)電工程的應(yīng)用進(jìn)行了研究分析，主要提出了標(biāo)準(zhǔn)框架及工作流程，未來(lái)將對(duì)凈空漫游運(yùn)算自動(dòng)識(shí)別功能做進(jìn)一步完善，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)基于BIM技術(shù)的機(jī)電工程平臺(tái)，希望為機(jī)電工程設(shè)計(jì)-施工一體化提供參考。

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